2024年9月17日发(作者：束冬易)
2020
年第
2
期梅山科技
·29·
耐海水腐蚀用钢
A690M
焊接工艺研究
彭扬文
（
宝钢股份研究院梅钢技术中心
耐候钢是指通过添加少量合金元素
，
使其
在大气中具有良好耐腐蚀性能的低合金高强度
钢
。
耐候钢的耐大气腐蚀性能为普通碳素钢的
2～8
倍
，
并且使用时间愈长
，
耐蚀作用愈突
出
。
耐候钢除具有良好的耐候性外
，
还具有优
焊接等使用性能
，
广泛用于铁道车
良的力学
、
桥梁和集装箱
，
耐自然大气
、
工业大气
、
海
辆
、
洋性气氛和海水侵蚀的钢统称为耐侯钢
。
当
前
，
耐海水腐蚀钢的研制与开发迫在眉睫
，
它
的广泛应用将延长海上设施的寿命
，
节约大量
如何从
的金属材料
，
而腐蚀多发于焊接接头
，
焊接工艺角度解决接头的抗腐蚀问题显得尤为
重要
。
表
1
牌号
A690M
C
0．07
Si
0．17
Mn
0．79
P
0．09
S
0．002
南京
210039）
1
试验目的
采用
CO
2
气体保护焊
，
对耐海水腐蚀用钢
A690M
进行焊接试验
，
通过分析焊接接头的各
得出开发耐海水腐蚀用钢
A690M
的推
项性能
，
荐焊接工艺参数
。
2
2．1
试验材料及方法
试验材料
本焊接试验选用的材料为
A690M
热轧钢
厚度
13．5mm，
其化学成分
、
力学性能见表
板
，
1、
表
2。
wt%
Alt
0．04
Ni
0．
40
Ceq
0．27
Pcm
0．15
A690M
化学成分
Cu
0．50
Cr
0．03
表
2
牌号
A690M
屈服强度
/MPa
452
A690M
力学性能
抗拉强度
/MPa
540
屈强比
0．84
伸长率
/%
37
反映钢种的成分和组织对焊接冷裂纹倾向性的
影响
。
试验方法是
：
在试板中间纵向堆焊一条长
125±10mm
的焊缝
，
焊接热影响区最高硬度试
硬度测试试样的检测面经研
验的参数见表
3，
再加以腐蚀
，
划一条既切于熔合线底部切
磨后
，
又平行于试板轧制表面的直线
。
在
HV－
点
，
120
型维氏硬度计上测试热影响区的最高硬
测试点间距
0．5mm，
测
度
。
试验载荷为
10kg，
试切点及其两侧至少各
12
个点的硬度
。
热输入量
/
（kJ·cm
－1
）
14．04
23．40
摆速
/
（mm·min
－1
）
5
5
边部停止
时间
/s
0．2
0．2
焊后
热处理
空冷
2．2
焊接热影响区最高硬度试验
焊接热影响区最高硬度实验
：
根据
GB/T
4675．5
—1984《
焊接热影响区最高硬度试验方
进行试验
。
该试验以焊接热影响区最高硬
法
》
能同时
度来间接评价钢种焊接冷裂纹倾向性
，
表
3
焊接
方法
CO
2
焊接
道次
堆焊
堆焊
电流
/A
180
300
电压
/V
26
26
焊接速度
/
（mm·min
－1
）
200
200
摆幅
mm
1
1
焊接热影响区最高硬度试验参数
2．3
试板焊接工艺与方法
×150mm×13．5mm
，
长度方向与轧向平行
。
沿试板长度方向加工成
X
型坡口
，
坡口角度为
45°，
钝边为
2mm，
根部间隙为
1．5mm，
焊丝为
EＲ50
实芯焊丝
，
直径
1．2mm，
抗拉强度为
560MPa，
保护气体流量为
17．5L/min，
四层焊
本试验采用二氧化碳气体保护焊进行焊
焊接设备型号为
YM－350EA1
型焊机和
CS
接
，
－100A
型自动焊接摆动器
，
试板牌号为
A690M，
厚度为
13．5mm，
试板尺寸为
250mm
·30·
梅山科技
2020
年第
2
期
分别为正面打底层
、
正面盖面层和背面打底
道
，
表
4
焊接焊接电流电压
焊和背面盖面层
，
焊接参数见表
4。
焊接试验工艺参数
摆幅
/
热输入量
/
摆速
/
边部停止焊后
焊接速度
/
方法道次
/A/V
（mm·min
－1
）
底层
12025266
CO
盖面
18028200
2
盖面
22029200
盖面
30026200
2．4
焊接步骤
1）
焊板的准备
：
根据焊接要求制备焊接试
样
10
块
（
长
250mm，
宽
150mm）。
2）
焊接坡口的制备
：
将试板沿长度方向开
X
型坡口
（
见图
1）。
图
1
坡口加工示意图
3）
焊材的准备
：
焊丝的选择
，
直径为
1．2mm
的焊丝
，
焊丝焊前应当作适当的处理
，
将焊丝表面的油
、
锈清理干净
，
以免影响焊接
质量
。
4）
接头的组装
：
将
2
块钢板对接
，
对接间
隙为
1．5mm，
先在试板背面的两端进行点焊
，
将两块试板连接在一起
。
5）
调整好焊接参数
，
先进行正反面打底
焊
，
用磨光机对打底焊缝进行打磨后
，
再进行正
反面盖面焊
。
3
试验结果分析
分别标注焊接电流为
180、220、300A
的焊
接样为
1#、2#、3#，
焊接电流为
180、300A
的堆
焊试样为
4#、5#。
3．1
焊接热影响区最高硬度
图
2、
图
3
为焊接热影响区最高硬度曲线
，
热影响区最高硬度为分别为
HV200、HV190，
远
低于国际焊接学会
（IIW）
推荐的焊接冷裂纹倾
向临界硬度值
HV350～400，
说明具有良好抗
冷裂纹性
。
mm
（kJ·cm
－1
）（mm·min
－1
）
时间
/s
热处理
16．76720
115．12050．2
119．14050．2
空冷
123．40050．2
图
24#
接头焊接热影响区最高硬度曲线
图
35#
接头焊接热影响区最高硬度曲线
3．2
焊接接头金相组织
横向截取
10mm×30mm
焊接接头
，
经研
磨抛光腐蚀制成金相试样
，
利用金相显微镜
（Axiophot2）
观察焊接接头不同区域的显微
组织
。
图
4、5、6
为焊接接头的热影响区和焊缝的
组织
。
焊缝组织由铁素体和贝氏体组成
，
由于
焊接线能量较小
，
焊缝组织冷却速度较快
，
产生
一定数量的贝氏体组织
；
热影响的粗晶区由针
状铁素体和少量魏氏组织
（
熔合线
）
组成
。
由
于粗晶区焊接时峰值温度较高
，
晶粒明显长大
（
相当于母材
），
同时由于该区域冷却速度较
快
，
在熔合线出现少量魏氏组织
。
从图
4、5、6
可以看出
，
不同焊接参数下焊
缝
、
热影响区的金相组织均正常
。
3．3
焊接接头冲击性能
冲击试样垂直于焊缝取样
，
先加工为
10mm×10mm×80mm
的毛坯样后
，
用金相砂
纸打磨
、
抛光腐蚀
，
在熔合线的中间位置划线
，
彭扬文耐海水腐蚀用钢
A690M
焊接工艺研究
·31
·
图
41#
接头焊缝及热影响区显微组织
图
52#
接头焊缝及热影响区显微组织
图
63#
接头焊缝及热影响区显微组织
58．4、69．8J，
功分别为
69．2、
平均冲击功分别
94．8
及
102J，
说明焊接接头在室温
达到
95．2、
下具有良好冲击性能
。
3．4
焊接接头拉伸试验
拉伸试样垂直于焊缝方向
，
焊缝位于拉伸
试样宽度
25mm，
在
SHT5605
电液伺
样中间
，
服万能试验机测试焊接接头强度和断裂位置
。
确定
V
型缺口开槽位置
，
最终再加工成
10mm
×10mm×55mm
的冲击试样
，
在
JBD－30D
型
低温冲击试验机上测试室温下的冲击功
。
表
5
为不同焊接参数下焊接接头的熔合线
冲击功波动较
室温下的冲击功
。
从表
5
可见
，
可能与冲击缺口加工位置有关
，
比较
3
种焊
大
，
差别不太大
，
最小冲击
接参数下的最低冲击功
，
·32
·
梅山科技
2020
年第
2
期
表
5
焊接接头冲击试验结果
样品标识缺口位置
冲击功
A
KV
/J，
室温
1#
69．2
，139，77．4
95．2
2#
58．4，115，111
熔合线
94．8
3#
69．8
，108，128
102
表
6
为接头拉伸试验结果
。
不同焊接工艺
参数下的最低抗拉强度为
551MPa，
最高抗拉强
度为
574MPa，
均大于材料的抗拉强度
540MPa。
拉伸试验表明
：
接头强度高于母材
，
试样断裂位
置在母材
，
见表
6，A690M
的抗拉性能较好
。
表
6
焊接接头拉伸试验结果
样品标识
载荷在抗拉
抗拉强度断裂
强度
/kN
Ｒm/MPa
位置
1#
195．01572
母材
187．93551
母材
2#
191．93567
母材
194．64574
母材
3#
190．91564
母材
190．48565
母材
3．5
焊接接头维氏硬度分析
母材
、
热影响区及焊缝的硬度测试
：
在
HV
－120
型维氏硬度计上测试
，
试验载荷
10kg，
沿
板厚
1/4
位置从焊缝中心向热影响区
、
母材方
向测试
，
测试点间距
0．5mm。
图
7、
图
8、
图
9
为焊接接头焊态的维氏硬
度测试结果
，
从焊缝到热影响区
、
母材呈下降趋
势
，
这与接头强度高于母材的结果是一致的
。
焊接接头于母材间硬度波动基本控制在
HV28
之内
，
组织性能得到较好的平滑过渡
。
图
71#
焊接接头维氏硬度
图
82#
焊接接头维氏硬度
图
93#
焊接接头维氏硬度
4
结论
1）A690M
碳当量
（Ceq）
和裂纹敏感指数
（Pcm）
较低
，
焊接热影响区最高硬度为
HV200，
淬硬倾向很小
，
采取焊前不预热
、
焊后空冷的工
艺措施即可
。
2）
将小热输入的焊接接头制成
10mm×
10mm×55mm
的冲击试样并在室温下进行冲
击试验
，
结果表明熔合线的平均冲击功分别达
到
95．2、94．8
及
102J，
说明焊接接头具有良好
的冲击性能
。
3）
焊接接头的金相组织正常
，
接头强度高
于母材
。
焊接热影响区硬度波动基本控制在
HV28
之内
，
组织性能得到较好的平滑过渡
。
4）
本次焊接试验接头性能良好
，
金相组织
及硬度均正常
，
所选取的焊接工艺参数能够满
足实际焊接要求
。
2024年9月17日发(作者：束冬易)
2020
年第
2
期梅山科技
·29·
耐海水腐蚀用钢
A690M
焊接工艺研究
彭扬文
（
宝钢股份研究院梅钢技术中心
耐候钢是指通过添加少量合金元素
，
使其
在大气中具有良好耐腐蚀性能的低合金高强度
钢
。
耐候钢的耐大气腐蚀性能为普通碳素钢的
2～8
倍
，
并且使用时间愈长
，
耐蚀作用愈突
出
。
耐候钢除具有良好的耐候性外
，
还具有优
焊接等使用性能
，
广泛用于铁道车
良的力学
、
桥梁和集装箱
，
耐自然大气
、
工业大气
、
海
辆
、
洋性气氛和海水侵蚀的钢统称为耐侯钢
。
当
前
，
耐海水腐蚀钢的研制与开发迫在眉睫
，
它
的广泛应用将延长海上设施的寿命
，
节约大量
如何从
的金属材料
，
而腐蚀多发于焊接接头
，
焊接工艺角度解决接头的抗腐蚀问题显得尤为
重要
。
表
1
牌号
A690M
C
0．07
Si
0．17
Mn
0．79
P
0．09
S
0．002
南京
210039）
1
试验目的
采用
CO
2
气体保护焊
，
对耐海水腐蚀用钢
A690M
进行焊接试验
，
通过分析焊接接头的各
得出开发耐海水腐蚀用钢
A690M
的推
项性能
，
荐焊接工艺参数
。
2
2．1
试验材料及方法
试验材料
本焊接试验选用的材料为
A690M
热轧钢
厚度
13．5mm，
其化学成分
、
力学性能见表
板
，
1、
表
2。
wt%
Alt
0．04
Ni
0．
40
Ceq
0．27
Pcm
0．15
A690M
化学成分
Cu
0．50
Cr
0．03
表
2
牌号
A690M
屈服强度
/MPa
452
A690M
力学性能
抗拉强度
/MPa
540
屈强比
0．84
伸长率
/%
37
反映钢种的成分和组织对焊接冷裂纹倾向性的
影响
。
试验方法是
：
在试板中间纵向堆焊一条长
125±10mm
的焊缝
，
焊接热影响区最高硬度试
硬度测试试样的检测面经研
验的参数见表
3，
再加以腐蚀
，
划一条既切于熔合线底部切
磨后
，
又平行于试板轧制表面的直线
。
在
HV－
点
，
120
型维氏硬度计上测试热影响区的最高硬
测试点间距
0．5mm，
测
度
。
试验载荷为
10kg，
试切点及其两侧至少各
12
个点的硬度
。
热输入量
/
（kJ·cm
－1
）
14．04
23．40
摆速
/
（mm·min
－1
）
5
5
边部停止
时间
/s
0．2
0．2
焊后
热处理
空冷
2．2
焊接热影响区最高硬度试验
焊接热影响区最高硬度实验
：
根据
GB/T
4675．5
—1984《
焊接热影响区最高硬度试验方
进行试验
。
该试验以焊接热影响区最高硬
法
》
能同时
度来间接评价钢种焊接冷裂纹倾向性
，
表
3
焊接
方法
CO
2
焊接
道次
堆焊
堆焊
电流
/A
180
300
电压
/V
26
26
焊接速度
/
（mm·min
－1
）
200
200
摆幅
mm
1
1
焊接热影响区最高硬度试验参数
2．3
试板焊接工艺与方法
×150mm×13．5mm
，
长度方向与轧向平行
。
沿试板长度方向加工成
X
型坡口
，
坡口角度为
45°，
钝边为
2mm，
根部间隙为
1．5mm，
焊丝为
EＲ50
实芯焊丝
，
直径
1．2mm，
抗拉强度为
560MPa，
保护气体流量为
17．5L/min，
四层焊
本试验采用二氧化碳气体保护焊进行焊
焊接设备型号为
YM－350EA1
型焊机和
CS
接
，
－100A
型自动焊接摆动器
，
试板牌号为
A690M，
厚度为
13．5mm，
试板尺寸为
250mm
·30·
梅山科技
2020
年第
2
期
分别为正面打底层
、
正面盖面层和背面打底
道
，
表
4
焊接焊接电流电压
焊和背面盖面层
，
焊接参数见表
4。
焊接试验工艺参数
摆幅
/
热输入量
/
摆速
/
边部停止焊后
焊接速度
/
方法道次
/A/V
（mm·min
－1
）
底层
12025266
CO
盖面
18028200
2
盖面
22029200
盖面
30026200
2．4
焊接步骤
1）
焊板的准备
：
根据焊接要求制备焊接试
样
10
块
（
长
250mm，
宽
150mm）。
2）
焊接坡口的制备
：
将试板沿长度方向开
X
型坡口
（
见图
1）。
图
1
坡口加工示意图
3）
焊材的准备
：
焊丝的选择
，
直径为
1．2mm
的焊丝
，
焊丝焊前应当作适当的处理
，
将焊丝表面的油
、
锈清理干净
，
以免影响焊接
质量
。
4）
接头的组装
：
将
2
块钢板对接
，
对接间
隙为
1．5mm，
先在试板背面的两端进行点焊
，
将两块试板连接在一起
。
5）
调整好焊接参数
，
先进行正反面打底
焊
，
用磨光机对打底焊缝进行打磨后
，
再进行正
反面盖面焊
。
3
试验结果分析
分别标注焊接电流为
180、220、300A
的焊
接样为
1#、2#、3#，
焊接电流为
180、300A
的堆
焊试样为
4#、5#。
3．1
焊接热影响区最高硬度
图
2、
图
3
为焊接热影响区最高硬度曲线
，
热影响区最高硬度为分别为
HV200、HV190，
远
低于国际焊接学会
（IIW）
推荐的焊接冷裂纹倾
向临界硬度值
HV350～400，
说明具有良好抗
冷裂纹性
。
mm
（kJ·cm
－1
）（mm·min
－1
）
时间
/s
热处理
16．76720
115．12050．2
119．14050．2
空冷
123．40050．2
图
24#
接头焊接热影响区最高硬度曲线
图
35#
接头焊接热影响区最高硬度曲线
3．2
焊接接头金相组织
横向截取
10mm×30mm
焊接接头
，
经研
磨抛光腐蚀制成金相试样
，
利用金相显微镜
（Axiophot2）
观察焊接接头不同区域的显微
组织
。
图
4、5、6
为焊接接头的热影响区和焊缝的
组织
。
焊缝组织由铁素体和贝氏体组成
，
由于
焊接线能量较小
，
焊缝组织冷却速度较快
，
产生
一定数量的贝氏体组织
；
热影响的粗晶区由针
状铁素体和少量魏氏组织
（
熔合线
）
组成
。
由
于粗晶区焊接时峰值温度较高
，
晶粒明显长大
（
相当于母材
），
同时由于该区域冷却速度较
快
，
在熔合线出现少量魏氏组织
。
从图
4、5、6
可以看出
，
不同焊接参数下焊
缝
、
热影响区的金相组织均正常
。
3．3
焊接接头冲击性能
冲击试样垂直于焊缝取样
，
先加工为
10mm×10mm×80mm
的毛坯样后
，
用金相砂
纸打磨
、
抛光腐蚀
，
在熔合线的中间位置划线
，
彭扬文耐海水腐蚀用钢
A690M
焊接工艺研究
·31
·
图
41#
接头焊缝及热影响区显微组织
图
52#
接头焊缝及热影响区显微组织
图
63#
接头焊缝及热影响区显微组织
58．4、69．8J，
功分别为
69．2、
平均冲击功分别
94．8
及
102J，
说明焊接接头在室温
达到
95．2、
下具有良好冲击性能
。
3．4
焊接接头拉伸试验
拉伸试样垂直于焊缝方向
，
焊缝位于拉伸
试样宽度
25mm，
在
SHT5605
电液伺
样中间
，
服万能试验机测试焊接接头强度和断裂位置
。
确定
V
型缺口开槽位置
，
最终再加工成
10mm
×10mm×55mm
的冲击试样
，
在
JBD－30D
型
低温冲击试验机上测试室温下的冲击功
。
表
5
为不同焊接参数下焊接接头的熔合线
冲击功波动较
室温下的冲击功
。
从表
5
可见
，
可能与冲击缺口加工位置有关
，
比较
3
种焊
大
，
差别不太大
，
最小冲击
接参数下的最低冲击功
，
·32
·
梅山科技
2020
年第
2
期
表
5
焊接接头冲击试验结果
样品标识缺口位置
冲击功
A
KV
/J，
室温
1#
69．2
，139，77．4
95．2
2#
58．4，115，111
熔合线
94．8
3#
69．8
，108，128
102
表
6
为接头拉伸试验结果
。
不同焊接工艺
参数下的最低抗拉强度为
551MPa，
最高抗拉强
度为
574MPa，
均大于材料的抗拉强度
540MPa。
拉伸试验表明
：
接头强度高于母材
，
试样断裂位
置在母材
，
见表
6，A690M
的抗拉性能较好
。
表
6
焊接接头拉伸试验结果
样品标识
载荷在抗拉
抗拉强度断裂
强度
/kN
Ｒm/MPa
位置
1#
195．01572
母材
187．93551
母材
2#
191．93567
母材
194．64574
母材
3#
190．91564
母材
190．48565
母材
3．5
焊接接头维氏硬度分析
母材
、
热影响区及焊缝的硬度测试
：
在
HV
－120
型维氏硬度计上测试
，
试验载荷
10kg，
沿
板厚
1/4
位置从焊缝中心向热影响区
、
母材方
向测试
，
测试点间距
0．5mm。
图
7、
图
8、
图
9
为焊接接头焊态的维氏硬
度测试结果
，
从焊缝到热影响区
、
母材呈下降趋
势
，
这与接头强度高于母材的结果是一致的
。
焊接接头于母材间硬度波动基本控制在
HV28
之内
，
组织性能得到较好的平滑过渡
。
图
71#
焊接接头维氏硬度
图
82#
焊接接头维氏硬度
图
93#
焊接接头维氏硬度
4
结论
1）A690M
碳当量
（Ceq）
和裂纹敏感指数
（Pcm）
较低
，
焊接热影响区最高硬度为
HV200，
淬硬倾向很小
，
采取焊前不预热
、
焊后空冷的工
艺措施即可
。
2）
将小热输入的焊接接头制成
10mm×
10mm×55mm
的冲击试样并在室温下进行冲
击试验
，
结果表明熔合线的平均冲击功分别达
到
95．2、94．8
及
102J，
说明焊接接头具有良好
的冲击性能
。
3）
焊接接头的金相组织正常
，
接头强度高
于母材
。
焊接热影响区硬度波动基本控制在
HV28
之内
，
组织性能得到较好的平滑过渡
。
4）
本次焊接试验接头性能良好
，
金相组织
及硬度均正常
，
所选取的焊接工艺参数能够满
足实际焊接要求
。